【GISCA】特別シンポジウム

MMSレーザ点群を利用した路面不陸箇所抽出手法

研究開発センター 山本耕平
関西事業部

西村 修

インフラマネージメント事業部 青木一也
© PASCO CORPORATION 2013

1.はじめに

老朽化劣化

不安の高まり背景

自治体：課題は補修費予算の減少と要補修ストックの増加により簡易的かつ効率的な評価手法の必要性

インフラの安全性© PASCO CORPORATION 2013

国土交通省：計画的かつ戦略的な維持管理・更新を推進

12.一般的な路面の維持管理手法
わだち計測：レーザ計測による判定（20ｍ間隔）
平たん性測定：放射計による高さの連続計測により判定（1.5ｍ間隔）
ひびわれ測定：写真判読によりメッシュに編集（100m単位）

路面損傷の把握は容易ではない。
© PASCO CORPORATION 2013

3.路面損傷（不陸）の実際パッチ補修の横断面

ポットホールの横断面

くぼみの横断面これらの損傷（不陸）に対する評価基準は明確ではない-3-© PASCO CORPORATION 2013

見つけ方をどうするのか？

4.MMSによる道路3次元計測© PASCO CORPORATION 2013

5.提案手法
ＭＭＳによる道路計測①横断方向のレーザ点群抽出処理②横断方向の構造変化の抽出③抽出した構造変化箇所の判定④全体的な不陸箇所の抽出

不陸箇所© PASCO CORPORATION 2013

5 ① 横断方向の構造変化の抽出
構造変化のF検定（Chow test）
横断方向のレーザ点群を用いて回帰分析を行い、任意の範囲で構造変化の有無を仮説検定する
任意の範囲は、12個の点群（約30cm）の２倍とし、２つの回帰直線を形成する。

高さ

横断方向

y = 0.0304x ‐ 1.7895

y = 0.0352x ‐ 1.7816

範囲A（始点から1～12ポイント）© PASCO CORPORATION 2013

範囲B（13～24ポイント）6

5 ① 横断方向の構造変化の抽出
構造変化のF検定（Chow test）
路面では12ポイント（30㎝以内）は計測のばらつきが少ないはず。
よって次の12ポイントで比較して得られた違いは構造変化を表しているはず。

F = 0に近づく
F = ∞に近づく© PASCO CORPORATION 20137

5 ② 横断方向の構造変化の抽出
構造変化のF検定（Chow test）
範囲A、範囲B、範囲A～Bにおいて、それぞれ座標（x,z）値を用いて回帰分析（最小二乗法）を実行し、それぞれの残差平方和RSS1、RSS2、RSS（RSS：Residual Sum of Squares）を算出し、以下の式によりF値を算出

RSS − ( RSS 1 + RSS 2 ) n1 + n 2 − 2 ( k + 1)
×
F =RSS 1 + RSS 2
k +1
RSS 1 : 範囲 A の残差平方和
RSS2：範囲 B の残差平方和
RSS ：範囲 A ～ B の残差平方和
n1：範囲 A のサンプル数（ MMS 計測値の数）
n2：範囲 B のサンプル数（ MMS 計測値の数）
k ：説明変数の数© PASCO CORPORATION 201385 ③ 抽出した構造変化箇所の判定
帰無仮説H0：範囲Aと範囲Bの路面状態が同等
対立仮説H1：範囲Aと範囲Bで路面状態に変化（路面凹凸有り）– F検定の結果、F値が棄却域の値をとる場合、帰無仮説を棄却し、路面の凹凸が発生していると判定

本分析（モデルケース）の条件•nA=nB=12•k=1•自由度（k+1=2, nA+nB-2k-2=20）の場合の判定値
F0=3.49をF値が越えれば、帰無仮説を棄却（片側検定）
9© PASCO CORPORATION 2013

6 結果 （横断方向の構造変化箇所の判定）①路面に1箇所だけ窪みがある不陸の判定例‐3‐2

Fmax=17.7025‐1MMS

F‐value

F‐value(criterion)

012‐1.8330
25‐1.82

15‐1.86

F‐value

20‐1.84

10‐1.885Ｆ0＝3.49‐1.90

F値が高い箇所が1箇所（局部的凹凸）
青は道路の横断方向の高さを表している
赤は、F値を表している
10© PASCO CORPORATION 2013

6 結果 （横断方向の構造変化箇所の判定）②路面に凹凸が全体的に広がる不陸の判定例
MMS‐3‐1Fmax=22.1923‐2F‐value

F‐value(criterion)

1213.4959 012.5647 11.4753
11.0133‐1.833025‐1.82

15‐1.86F‐value

20‐1.84

10‐1.88

5Ｆ0＝3.490‐1.9

F値が高い箇所が分散（全体的に凹凸が存在）

11© PASCO CORPORATION 2013

6 結果 （横断方向の構造変化箇所の判定）③極端な窪みがある判定例
MMS‐3‐2Fmax=109.8606‐1F‐valueF‐value(criterion)

01‐1.723120100

‐1.75

60
‐1.85

F‐value

80
‐1.8

40
‐1.920Ｆ ＝3.4900‐1.95

F値が極めて高い（F値 100以上）

12© PASCO CORPORATION 2013

1‐0
1‐55001‐11000
1‐16500
1‐22000
1‐27500
1‐33000
1‐38500
1‐44000
1‐49500
1‐55000
1‐60500
2‐50002‐10500
2‐16000
2‐21500
2‐27000
2‐32500
2‐38000
2‐43500
2‐49000
3‐35003‐90003‐14500
3‐20000
3‐25500
3‐31000
3‐36500
3‐42000
3‐47500
4‐20004‐75004‐13000
4‐18500
4‐24000
4‐29500
4‐35000
4‐40500
4‐46000
5‐10005‐65005‐120005‐17500
5‐23000
5‐28500
5‐34000
5‐39500
5‐45000
5‐50500
6‐45006‐10000
6‐15500
6‐21000
6‐26500
6‐32000
6‐37500
6‐43000
6‐48500
7‐30007‐85007‐14000
7‐19500
7‐25000
7‐30500
7‐36000
7‐41500
7‐47000
8‐15008‐70008‐12500
8‐18000
8‐23500
8‐29000
8‐34500
8‐40000
8‐45500
9‐0
9‐55009‐11000
9‐16500
9‐22000
9‐27500
9‐33000
9‐38500
9‐44000
9‐49500
10‐4000
10‐9500
10‐15000
10‐20500
10‐26000
10‐31500
10‐37000

不陸箇所率

f_5_rate

0.9
10

0.8
90.7

0.6
8

0.5

0.4
5

0.3

0.2
2

0.1
100© PASCO CORPORATION 2013

13MCI

6 結果 （全体的な不陸箇所の抽出）

路面性状調査で評価した路面のMCI値とChow-Testによる評価結果を比較
縦断方向

MCI

7643

Chow-Testによる評価結果はMCI値による評価と同じ結果を得た。

有用性が検証できた。

不陸箇所の割合とMCI値では、劣化が進行している舗装区間を示す箇所が概ね一致している。

一致していない箇所は、面的に細かく評価し、損傷箇所が発見できている。

まとめ
路面に損傷（不陸）が生じている箇所を統計分析手法を用いて自動的に発見する方法の提案した• 結果として① 道路を全体的にF値の割合で評価できるようになった② 局所的な損傷箇所（ポットホール、パッチ、くぼみ）を検出がF値により可能になった• MMS3次元点群を用いた検定モデルによる評価によって路面損傷箇所を抽出することができた• さまざまな路面の損傷に関する情報をデータベース化し、本手法の適用範囲を拡張し、本手法の実用化に向けた先鋭化を図っていく

14© PASCO CORPORATION 2013